PET（正电子发射断层成像）可捕捉极微量显像剂的体内分布，因此被广泛应用于临床场景与新药创制等领域，但分辨率低于CT和MRI是此前的一大难题。QST（国立研究开发法人量子科学技术研究开发机构）量子医科学研究所先进核医学基础研究部的山谷泰贺副部长、康恒奎（Kang Han Gyu）主任研究员等人研发出一项可在小鼠头部专用PET上实现全球最高分辨率的新技术。相关研究成果已发表在期刊《Journal of Nuclear Medicine》上。
图1 分辨率实证实验结果（供图：QST）
PET的分辨率，医用机型约为4mm，即使用于小鼠等实验动物的设备，分辨率极限也仅为1～2mm。这是因为在探测显像剂释放的微量放射线时，存在传感器做得薄，灵敏度就下降；传感器做得厚，分辨率就下降这一原理层面的问题。
研究团队通过将传感器多层化，成功兼顾了灵敏度与分辨率。这款约12mm见方的新型探测器将传感器部分（闪烁体）做成3层结构，每层的像素节距均为0.8mm，从而实现了精细位置信息的获取。
图2 出席记者见面会的山谷泰贺副部长（右）与康恒奎主任研究员（供图：科学新闻）
图3 左起依次为本次研发的探测器、小鼠脑部模型以及小鼠脑部专用PET（供图：科学新闻）
像素数按第一层11×12、第二层12×12、第三层13×13的金字塔状排布。采用该结构，可做到根据最下层受光元件输出的光信号，确定放射线被哪一层的哪个像素吸收。
然而，单台探测器要处理445个像素的信息存在技术极限，因此团队先通过光学手段将信号压缩至原规模的25/445，再以电学手段逐级压缩至4/25，最终实现了全部检测光信号的处理。康主任研究员表示：“晶体的节距曾是技术难点。我们在测试多种节距的同时，改良了晶体像素的反射材料；此外将光传感器节距从传统的3.2mm优化至2.4mm，并设计了用于信号压缩的电子电路，最终取得了成功。”
实际制成的小鼠头部专用PET样机展现出了0.5mm分辨率的全球最高性能。借助该设备，以往无法通过PET可视化的不足1mm的精细结构，现在都能够直接观察。
借助该技术，研究人员可更高精度地捕捉小鼠脑部的功能变化与疾病进展，有望大幅提升包括脑神经疾病等领域新药开发在内的新药创制效率。此外，若将该技术应用于医用PET，还有望促进癌症与认知症的早期发现。
山谷副部长表示：“虽然三维位置确定的研究在全球范围内一直都在开展，但此前提高分辨率的构想始终未能实现。此次我们通过晶体排布、光传感器、信息处理电路等技术，取得了性能大幅优于海外同类PET的成果。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Journal of Nuclear Medicine
论文：Sub-0.5 mm resolution PET vs. autoradiography: Comparison of mGluR1 concentrations in mouse brain
DOI：doi.org/10.2967/jnumed.125.271600
